genetic algorithm
در نشریات گروه مکانیک-
در این مقاله، طراحی بهینه چندموضوعی پیکربندی یک کپسول زیستی بازگشتی انجام می شود. در این فرآیند، کلیه موضوعات طراحی مرتبط با پیکربندی و اهداف سازه ای نظیر کمینه سازی تغییرشکل سازه، بیشینه سازی فرکانس طبیعی اول سازه و بیشینه سازی ضریب بار کمانشی سازه، مدنظر گرفته می شوند؛ بنابراین، موضوعات طراحی شامل هندسه، آیرودینامیک، مسیر، گرمایش و سازه انتخاب می شوند. در این راستا، با توجه به فضای طراحی تعریف شده توسط حدود مجاز متغیرهای هندسی کپسول زیستی، مدل های جایگزین با استفاده از روش ترکیبی کریگینگ-سطح پاسخ (RSM) استخراج می شود. پس از مدل سازی موضوعات طراحی و تهیه مدل های جایگزین، نقطه طراحی بهینه به کمک الگوریتم ژنتیک (GA) شناسایی می شود. برای حل این مسئله از چارچوب چندموضوعی همه در یک مرحله (AAO) استفاده می شود. رویکردهای بهینه سازی مسئله شامل کمینه سازی جرم، بیشینه سازی پارامتر پسای فاز برگشت (CDA)، بیشینه سازی راندمان حجمی، کمینه سازی ضریب بالستیک، بیشینه سازی پایداری استاتیک طولی، کمینه سازی تغییرشکل سازه ای، بیشینه سازی حجم داخلی، بیشینه سازی فرکانس طبیعی اول سازه و بیشینه سازی ضریب بار کمانشی سازه می باشند. نتایج نشان داد که استفاده از روش مدل جایگزین ترکیبی، دقت مدل های جایگزین در فرآیند بهینه سازی را به میزان قابل توجهی (دقت به بیش از 90 درصد می رسد) بهبود می بخشد. در پایان، نتایج پیکربندی های مختلف حاصل از روش حاضر با نتایج تست پروازی پیکربندی کپسول زیستی بومی مقایسه شد که مطابقت مطلوبی در کلیت پارامترهای مسیر پروازی کپسول ها را نشان داد.کلید واژگان: مدل جایگزین ترکیبی کریجینگ-سطح پاسخ، کپسول زیستی بازگشتی، طراحی بهینه چندموضوعی، الگوریتم ژنتیکIn this paper, the multi-disciplinary design optimization of a re-entry bio-capsule configuration is performed. In this process, all design disciplines related to the configuration and structural objectives, such as minimizing the structure's deformation, maximizing the structure's first natural frequency, and maximizing the buckling load multiplier of the structure, are considered. Therefore, the design disciplines selected include geometry, aerodynamics, trajectory, heating, and structure. In this regard, considering the design space defined by the allowable limits of the geometric variables of the bio-capsule, surrogate models are extracted using the combinatorial Kriging-Response Surface Method (RSM). After modeling the design disciplines and preparing the surrogate models, the optimal design point is identified using the Genetic Algorithm (GA). To solve this problem, the multi-objective All-At-Once (AAO) framework is used. The optimization approaches of the problem include mass minimization, CDA parameter maximization, volumetric efficiency maximization, ballistic coefficient minimization, static longitudinal stability maximization, structural deformation minimization, internal volume maximization, first natural frequency maximization, and buckling load multiplier maximization. The results showed that using the combinatorial surrogate model method significantly improves the accuracy of the surrogate models in the optimization process (accuracy reaches more than 90%). Finally, the different configurations obtained by the present method were compared with the flight test results of the native bio-capsule configuration, which showed a favorable match in all flight path parameters of the capsules.Keywords: Combinatorial Kriging-RSM, Re-Entry Capsule, MDO, Genetic Algorithm
-
در سال های اخیر، پره های کنترل پدیده انتشار به علت هندسه بهینه و افت فشار پایین تر به خصوص در صنایع هوایی و در شرایط فروصوت وگذر صوت کاربرد قابل توجهی دارند. در پژوهش حاضر، ایرفویل مقطع استاتورکمپرسور محوری طراحی شده در آزمایشگاه ملی هوافضای کشور هندوستان به عنوان هندسه مبنا انتخاب گردیده است. هدف بهینه سازی، کمینه کردن افت فشار کل جریان سیال و به تبع آن کاهش میزان افت می باشد. روش کار در این پژوهش، تغییر در هندسه پروفیل پره به وسیله تغییر در پارامترهای روش پارسک (Parsec) بوده که منجر به ایجاد هندسه های جدید در هر مرحله از اجرای کد می گردد. روش بهینه سازی مورد استفاده بر اساس روندنمای ژنتیک توسعه یافته است. برای تحلیل آیرودینامیکی هندسه تولید شده در هر مرحله و استخراج مقدار افت فشار کل، کد متلب با نرم افزار انسیس کوپل شده و در هر مرحله پس از حل عددی برای هر هندسه تولید شده، مقدار افت فشار کل استخراج و به کد برگشت داده می شود. در نهایت خروجی کار پره بهینه تر و با افت فشار کمتر بوده که در نهایت با پره اصلی مقایسه شده و به عنوان جایگزین مناسب معرفی شده است. مقدار افت فشار کل بین ورودی و خروجی در پره بهینه شده نسبت به پره اصلی 18 درصد کاهش داشته و دبی جرمی نیز مقدارkg/s 083/0 افزایش داشته است که میزان قابل توجهی است. بهبود ویژگی های آیرودینامیکی مختلف نظیر توزیع عدد ماخ و ضرایب فشار و افت نیز بین دو پره مبنا و بهینه شده قابل مشاهده است که در بخش انتهای مقاله به تفصیل آورده شده است.
کلید واژگان: پره کنترل پدیده انتشار، بهینه سازی شکل هندسی، کمپرسورمحوری، روش پارسک، روندنمای ژنتیکIn recent years, due to the optimal geometry and lower pressure drop, diffusion control vanes have significant applications, especially in the aviation industry and in subsonic and transsonic conditions. In the current research, the airfoil of the axial stator compressor section designed in the National Aerospace Laboratory of India has been selected as the basic geometry. The goal of optimization is to minimize the pressure drop of the entire fluid flow and consequently reduce the drop rate. The working method in this research is the change in the profile geometry of the blade by changing the parameters of the parsec method, which leads to the creation of new geometries at each stage of the code execution. The used optimization method is developed based on Genetic Algorithm. For the aerodynamic analysis of the generated geometry in each step and extracting the total pressure drop value, the MATLAB code is coupled with Ansys software and in each step, after numerical solution for each generated geometry, the total pressure drop value is extracted and returned to the code. Finally, the work output of the vane is more optimal and with a lower pressure drop, which is finally compared with the original vane and introduced as a suitable alternative. The total pressure drop between inlet and outlet in the optimized vane has decreased by 18% compared to the original vane, and the mass flow rate has also increased by 0.083 kg/s, which is a significant amount. The improvement of various aerodynamic characteristics such as Mach number distribution and pressure and drop coefficients can also be seen between the two basic and optimized blades, which is detailed at the end of the article
Keywords: Controlled Diffusion Airfoil, Geometry Optimization, Axial Compressor, PARSEC Method, Genetic Algorithm -
This paper presents the design and control of a quadruped robot. One of the primary challenges in building quadruped robots is the need for high torque density actuators and an efficient control algorithm. To address these challenges, this work focuses on optimizing the transmission torque ratio of the 4-bar linkage used in the robot's legs, using a genetic algorithm. The optimization is achieved by deriving the kinematic equations of the robot’s legs and introducing a novel objective function tailored to the robot’s application. To evaluate the impact of the optimization, the full dynamics of the robot are derived and validated through variations in total mechanical energy. A kinematics-based controller, suitable for real-time applications, is proposed, and its performance is tested in various scenarios to assess its effectiveness. The controller is applied to robots with two different linkage lengths, one optimized for maximum and the other for minimum torque requirements. The results show that the optimization reduces the required torque by nearly 42% when comparing the maximum to the minimum case.
Keywords: Quadruped, Genetic Algorithm, Dynamics-Independent Control, Trotting Gait -
نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی، سال چهارم شماره 4 (زمستان 1403)، صص 35 -45
هدف از انجام این تحقیق، به دست آوردن یک پروفیل بهینه برای ساخت یک لوله ترموپلاستیک از جنس پلی اتیلن گرید80 جهت دستیابی به کمترین میزان وزن ممکن در واحد لوله و در عین داشتن میزان مجاز تغییر قطر بر اساس استاندارد ایزو 9969 می باشد. با روش اجزاء محدود به بررسی رفتار ماده در نرم افزار انسیس پرداخته شده است. از نظر هندسی نوع لوله های مورد بررسی لوله های کارگیت و براساس پروفیل قوطی و اسپیرال کارگیت هستند. برای یافتن پروفیل بهینه به صورت دقیق نیاز است تا تعداد حل های بالایی از مجموعه گرفته شود، که این فعالیت هزینه بالایی خواهد داشت. بنابراین در این مقاله، با داشتن تعدادی از حل های اولیه انتخاب شده به روش انتخاب آزمایش برای توابع وزن و تغییر شکل شبکه عصبی آموزش داده شده است، تا به صورت یک تابع قابل مطالعه باشند. به این صورت که به جای تنظیمات و انجام حل نرم افزاری، هر بار برای خروجی گرفتن از میزان وزن مجموعه و یا تغییر شکل در اثر بارگذاری یک تابع در نرم افزار در زمانی کمتر اجرا گردید. از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی استفاده شده است که از توابع شبکه عصبی توسعه داده شده استفاده نموده و شرایط بهینه وزن را با محدودیت قیدهای تغییر شکل مطابق با استاندارد به دست آورده است.
کلید واژگان: پروفیل بهینه، لوله ترموپلاستیک، تحلیل المان محدود، شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیکJournal of New Applied and Computational Findings in Mechanical Systems, Volume:4 Issue: 4, 2025, PP 35 -45The aim of this paper is to obtain an optimized profile for the manufacturing of a thermoplastic PE80 pipe to achieve the lowest possible weight per pipe unit while maintaining an allowable amount of diameter variation according to ISO 9969 standard. In this paper, the behavior of the material will be analyzed using the FEM (Finite Element Analysis) method in Ansys Mechanical software. The types of pipes studied (in terms of geometry) are corrugated and spiral corrugated pipes, and the goal is to obtain an optimized profile with varying geometric conditions that results in the least weight while adhering to the constraints set by the standard. To precisely find the optimized profile, a very high number of runs from the dataset is required, which would be costly; therefore, in this paper, with a selection of initial runs chosen by the experimental design method, a neural network is trained for the weight function so that it can be directly studied as a function. This way, instead of adjusting and solving the Ansys model each time to extract the weight of the dataset or the deformation under loading, the function can be executed in a fraction of a second, providing the values instantly. The optimization algorithm used is a genetic algorithm, which utilizes the developed neural network functions and obtains the optimal weight conditions under the deformation constraints of the standard.
Keywords: Optimized Profile, Thermoplastic Pipe, FEM, Neural Network, Genetic Algorithm -
یکی از چالش های بزرگ در ماهواره های مکعبی با ابعاد سه واحد و کوچک تر بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی است. پیاده سازی سناریوی مناسب برای این ماهواره ها با توجه به محدودیت تولید و ذخیره انرژی می تواند بسیار حائز اهمیت باشد. این مسئله با بهینه کردن زمان اجرای مودهای اصلی برای انجام ماموریت دست یافتنی است. در این مقاله هدف حداقل کردن مدت زمان اجرای مود ضدآشفتگی که به علت زمان طولانی آن مهم ترین نقش را در مصرف انرژی دارد- است. اگر مدت زمان کاهش یابد درنتیجه المان ها زمان کمتری روشن بوده و کاهش انرژی انجام خواهد شد. این هدف در سه گام اجرا خواهد شد: در گام اول به ازای شرایط سرعت زاویه ای متفاوت مود ضدآشفتگی اجرا و داده های آن جمع آوری خواهد شد. در گام دوم با استفاده از بانک داده های جمع آوری شده و با ابزار الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، بهترین تابع بر بانک داده ها برازش خواهد شد. درنهایت در گام سوم این تابع اجراشده و نتایج بررسی و تحلیل خواهد شد؛ بنابراین، با استفاده از ابزار بهینه سازی الگوریتم ژنتیک تابعی برای مدت زمان اجرای مود عملیاتی ضدآشفتگی ارائه می شود. با تخمین مدت زمان اجرای مود ضدآشفتگی با توجه به سرعت زاویه ای ماهواره، تخمین مناسبی از کل مدت زمان اجرای سناریوی ماموریت ماهواره در دسترس بوده و باهدف کمینه شدن انرژی می توان در زمان مناسب اقدام به اجرای ماموریت کرد (اجرای مود ضدآشفتگی و سپس مود نشانه روی). نتایج شبیه سازی نشان می دهد که علاوه بر کاهش زمان اجرای مود ضدآشفتگی، در سرعت های پایین کاهش مصرف توان بسیار بالا و بیش از 95 درصد است و در سرعت های بالا حدود 30 درصد است. درنتیجه صحه گذاری روش بیان شده بر اساس شبیه سازی های انجام شده تاییدشده است.کلید واژگان: میکروماهواره، بهینه سازی توان الکتریکی، الگوریتم ژنتیک، مود ضدآشفتگی، کنترل وضعیت ماهوارهOne of the challenges in cubesat with the dimensions of three units and smaller is the optimization of electrical energy consumption. This can be achieved by optimizing the execution time of the main mods to complete the mission. In this article, using the genetic algorithm optimization tool, an optimal function for the duration of the detumbling operational mode - which plays the most important role in energy consumption due to its long duration - is presented, according to which the energy consumption will be minimized for the mission. By estimating the duration of the detumbling mode according to the initial speed of the satellite, a suitable estimate of the total duration of the satellite mission scenario is available, and with the aim of minimizing the energy, the mission can be executed at the right time (running the anti-jamming mode and then the targeting mode). This method will be implemented in three steps: in the first step, according to different initial angular velocity conditions, the detumbling mode will be implemented and its time data will be collected. In the second step, using the available data bank and genetic optimization algorithm, the best function will be fitted to the data bank. Finally, in the third step, this function will be executed and the results will be checked and analyzed.Keywords: Microsatellite, Optimizing Electrical Power, Genetic Algorithm, Detumbling Mode, Satellite Status Control
-
در این مقاله مسئله شبیه سازی و کنترل تجمیعی پرواز-پیشرانش به عنوان یک موضوع تحقیقاتی جدی و موردنیاز در صنعت هوافضا موردتوجه قرارگرفته است. در تحقیقات پیشین غالبا به مسئله کنترل پرواز و مسئله کنترل موتورهای توربینی به صورت جداگانه پرداخته شده است؛ اما دیدن اثرات متقابل دینامیک پرواز و دینامیک موتورهای توربینی بر روی یکدیگر کمتر موردتوجه بوده است. در ابتدا به منظور مدل سازی حرکت بدنه پهپاد، معادلات سینماتیک و دینامیک پرواز ارائه شده است. معادلات انتقالی بر اساس تئوری نیوتن و معادلات دورانی بر اساس تئوری اویلر توسعه داده شده است. سپس معادلات ترمودینامیکی و دینامیکی لازم برای مدل سازی موتور توربوجت ارائه شده است. معادلات دهانه ورودی موتور، کمپرسور، توربین، محفظه احتراق و نازل به صورت جداگانه موردبررسی قرارگرفته است. تمام شبیه سازی ها در محیط سیمولینک نرم افزار متلب صورت گرفته و گرافیک پرواز را می توان به صورت زمان-واقعی توسط نرم افزار فلایت گیر مشاهده نمود. سپس یک ساختار برای شبیه سازی و کنترل یکپارچه دینامیک پرواز و دینامیک موتور، پیشنهادشده که در آن علاوه بر مسئله ی کنترل پرواز و قرارگیری پهپاد بر روی مسیر دلخواه، به مسئله کنترل سرعت دورانی شفت و رعایت قیود موتور توربوجت نیز توجه شده است. سپس ضرایب کنترلی پرواز-پیشرانش به صورت هم زمان برای ماموریتی مشخص، توسط الگوریتم ژنتیک بهینه سازی شده اند. در آخر نتایج حاصل از شبیه سازی ارائه گردیده و بر روی آن بحث و بررسی صورت گرفته است.کلید واژگان: کنترل یکپارچه پرواز و پیشرانش، کنترلر سوخت مین-ماکس، مدل ترمودینامیکی موتور توربوجت، الگوریتم ژنتیک، دینامیک پرواز پهپاد بال ثابتIn this article, the simulation and integrated control of flight-propulsion are addressed as a significant and necessary research topic in the aerospace industry. In previous research, flight control and turbine engine control have often been treated separately; however, the mutual effects of flight dynamics and turbine engine dynamics on one another have received less attention. Initially, to model the movement of the UAV body, kinematic and flight dynamics equations are presented. Transmission equations are developed based on Newton’s laws, and rotational equations are derived from Euler’s theory. Subsequently, the thermodynamic and dynamic equations necessary for turbojet engine modeling are introduced. The equations governing the engine inlet opening, compressor, turbine, combustion chamber, and nozzle are examined separately. All simulations are conducted in MATLAB/Simulink. Flight graphic is displayed in real-time using FlightGear software. A structure for simulating and controlling flight dynamics and engine dynamics is proposed, addressing not only the control of flight and the UAV’s trajectory but also the control of the shaft’s rotational speed while observing the limitations of the turbojet engine. Additionally, flight-propulsion control coefficients are simultaneously optimized for a specific mission using genetic algorithm. Finally, the simulation results are presented and discussed.Keywords: Integrated Flight-Propulsion Control, Min-Max Fuel Controller, Thermodynamic Model Of Turbojet, Genetic Algorithm, Fixed Wing UAV Flight Dynamics
-
جاذب دینامیکی ارتعاش، سیستمی با ساختاری ساده شامل جرم، فنر و میراگر است که برای کاهش دامنه ارتعاشات و جلوگیری از پدیده تشدید به سیستم اصلی اضافه می شود. در این پژوهش برای کاهش ارتعاشات پیچشی یک روتور، جاذب دینامیکی ارتعاش دوگانه پیشنهاد می شود که با توجه به نحوه مدل سازی، آن را می توان به راحتی بر روی دیسک متصل به محور1 [i] پیاده سازی کرد. جاذب ها به صورت دو مجموعه شامل جرم، فنر و میراگر به صورت متقارن بر روی دیسک متصل می شوند. به این منظور در ابتدا، معادلات حاکم بر سیستم با روش لاگرانژ استخراج می شوند و سپس ارتعاشات پیچشی سیستم محاسبه می شود. برای محاسبه پارامترهای بهینه جاذب دینامیکی ارتعاش در حالت تشدید، از الگوریتم ژنتیک استفاده می شود . برای بررسی عملکرد جاذب، نتایج با یکی از پژوهش های پیشین مقایسه شده و در ادامه دامنه ارتعاشات پیچشی سیستم در نسبت فرکانس های مختلف برای حالت های بدون جاذب، با جاذب دوگانه بهینه با میرایی صفر و جاذب دوگانه بهینه با میرایی، مورد بررسی قرار می گیرد. سپس نمودار دامنه ارتعاشات بی بعد سیستم در نسبت فرکانس های مختلف، در فواصل مختلف قرارگیری جاذب از مرکز دیسک مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که تغییر در محل قرارگیری جاذب ها نسبت به مکان بهینه جاذب ها، باعث افزایش دامنه ارتعاشات سیستم می شود. در نهایت دامنه ارتعاشات بی بعد سیستم در نسبت جرم های مختلف جاذب ها مورد بررسی قرار می گیرد و نتیجه می شود که افزایش یا کاهش نسبت جرم جاذب ها نسبت به مقدار بهینه باعث افزایش دامنه ارتعاشات سیستم در حالت تشدید و فرکانس های نزدیک به آن می شود.
کلید واژگان: جاذب دینامیکی ارتعاش دوگانه، ارتعاشات پیچشی، روتور، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیکA dynamic vibration absorber is a system with a simple structure including mass, spring and damper, which is added to the main system to reduce the range of vibrations and prevent the phenomenon of resonance. In this research, a dynamic double vibration absorber is proposed to reduce the torsional vibrations of a rotor. For this purpose, at first, the governing equations of the system are derived by the Lagrange method, and then the torsional vibrations of the system are calculated. The genetic algorithm is used to calculate the optimal parameters of the dynamic vibration absorber in resonance mode. In order to check the performance of the absorber, the results were compared with one of the previous researches, and then the range of torsional vibrations of the system in different frequency ratios for the states without absorber, with the optimal double absorber with zero damping and the optimal double absorber with damping were investigated. Then, the dimensionless vibration amplitude diagram of the system at different frequency ratios, at different distances of the absorber placement from the center of the rotor disk, is examined. Finally, the range of dimensionless vibrations of the system is investigated in the ratio of different masses of absorbers and it is concluded that increasing or decreasing the ratio of mass of absorbers compared to the optimal value increases the range of vibrations of the system in resonance mode and frequencies close to it.
Keywords: Dual Dynamic Vibration Absorber, Torsional Vibrations, Rotor, Optimization, Genetic Algorithm -
در این مقاله به استخراج معادلات دینامیک غیرخطی و فرم یابی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک یک سازه تنسگریتی کلاس یک در ساختارهای تصادفی با مقطع مثلثی و محاط در کره پرداخته شده است. معادلات دینامیک غیرخطی سیستم با استفاده از روش لاگرانژ و روش المان محدود و با در نظر گرفتن مختصات گره ها به عنوان مختصات تعمیم یافته استخراج شده است. رویکرد پیشنهادی قابلیت مدل سازی دینامیکی جامع و گسترده ای را برای انواع سازه های تنسگریتی دارا می باشد. فرآیند فرمیابی پیشنهادی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، با ساختاری ساده قابلیت تعیین اشکال منظم یا نامنظم تنسگریتی بدون محدودیت های ابعادی را دارا می باشد. سازه های تنسگریتی پایدار از میان پیکربندی های تصادفی و بر اساس قیود تعریف شده، تولید و با استفاده از تابع تناسب الگوریتم ژنتیک و اهداف چند موضوعی فرم یابی می شوند. عملکرد الگوریتم فرم یابی پیشنهادی برای سازه های با ساختارهای نامشخص، در سه حالت مختلف با ماتریس اتصال و نوع عضوهای (میله/ ریسمان) مشخص و تصادفی بررسی و با روش چگالی نیرو صحه گذاری شده است. رفتار ارتعاشی مدل های نهایی استخراج شده از فرایند فرم یابی، با تحلیل مودال و تحت بارگذاری هارمونیک موردبررسی قرارگرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها، قابلیت روش پیشنهادی با ملاحظات مشخصه های ارتعاشی سازه های تنسگریتی را نمایش می دهد.کلید واژگان: سازه تنسگریتی، فرم یابی هوشمند، الگوریتم ژنتیک، چگالی نیرو، تحلیل ارتعاشاتThis article focuses on the derivation of nonlinear dynamic equations and form-finding using genetic algorithms for class 1 tensegrity structure. The structures under consideration feature a triangular cross-section, with a sphere enclosing them. The nonlinear dynamic equations of the system are obtained by applying the Lagrangian approach and the finite element method, considering the nodal positions as the generalized coordinates. The proposed approach illustrates how to develop large-scale, detailed dynamic models with different tensegrity structures. The form-finding approach employs a simple framework capable of identifying both regular and irregular tensegrity configurations without limitation on dimensions. Stable tensegrity structures are created by applying specific restrictions to random configurations. The genetic algorithm and multi-objective functions are used to determine the fitness function and create these structures. Three separate scenarios with both defined and random connection matrices and member types—bars and cables—evaluate the performance of the proposed method for arbitrary architectures. The resulting models are validated with regard to force density. The vibration behavior of the final models under harmonic loads is investigated via modal analysis. The simulation results demonstrate the efficacy of the proposed method in precisely determining the vibration characteristics of tensegrity structures through the application of an intelligent form-finding methodology. This method is capable of managing both regular and irregular tensegrity structures in stochastic conditions. This approach is capable of handling both regular and irregular tensegrity structures in stochastic conditions.Keywords: Tensegrity Structure, Intelligent Form Finding, Genetic Algorithm, Force Density, Vibrations Analysis
-
As a core component of hydroelectric power generation, the stable and safe operation of the Francis turbine is very important for the operation of the project. Therefore, attention must be paid to the problem of pressure pulsation in the Francis turbine. In this study, the efficiency, power, and pressure pulsation of the turbine are first compared based on computational fluid dynamics (CFD), combined with numerical simulation and experimental results. It was found that the numerical simulation method was reliable. Therefore, based on the genetic algorithm (GA) and pulsation tracking network (PTN), this article optimizes the draft tube pressure pulsation (DTPP) problem of the Francis turbine and finds that the DTPP is mainly dominated by rotation frequencies (fn) of 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8. This research optimized the placement angle of the runner blade’s 0.75span and 1.0span using the genetic algorithm. The PTN method was used to analyze the changes in pressure pulsation signals from the perspectives of the pressure velocity vector, main frequency, pulsation intensity, and phase change. After optimization, the value of β0.75 was reduced from 160.59° to 160.452°, and the value of β1.0 was increased from 160.6° to 161.865°. The pressure pulsation intensity of each working condition was also weakened. Therefore, this research provides a new and effective analysis and optimization method for the pressure pulsation problem in turbine machinery.Keywords: Francis Turbine, Draft Tube, Pressure Pulsation, Genetic Algorithm, Pulsation Tracking
-
امروزه با پیشرفت تکنولوژی، بهبود و کیفیت زندگی، هوش مصنوعی در جهان جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. در این پژوهش به بهینه سازی سازه شبکه ای آگزتیک منحنی شکل ساخته شده از پلی لاکتیک اسید پرداخته شده است. سازه های مشبک به علت مزایایی از جمله جذب انرژی بالا که دارند کاربرد بسیارگسترده ای در صنایع مختلف دارند. پارامترهای هندسی این ساختار می توانند تاثیر محسوسی بر مقدار جذب انرژی این سازه ها داشته باشند. در همین راستا، بهینه سازی پارامترهای هندسی با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شده است. در این تحقیق پارامترهای شعاع انحنای R1، زاویه انحنای Ɵ1، شعاع انحنای R2، زاویه انحنای Ɵ2، طول L نسبت به انرژی جذب شده توسط سازه، نیروی بیشینه و مدول الاستیسیته بهینه شده اند. تعداد زیاد پارامترهای بهینه سازی تاییدکننده استفاده از الگوریتم ژنتیک برای فرایند بهینه سازی این ساختار است. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک مستلزم وجود یک تابع هدف است که پارامترهای هندسی نسبت به آن بهینه شوند. این تابع هدف می بایست یک تابع پیوسته باشد که بتواند به ازای هر پارامتر هندسی، خروجی های لازم را تولید کند. در این تحقیق از شبکه عصبی مصنوعی برای ساخت تابع هدف استفاده شده است. شبکه عصبی مصنوعی این امکان را فراهم می کند که با وجود تعداد محدودی ورودی و خروجی بتوان یک تابع پیوسته ایجاد کرد که بتواند به ازای دریافت ورودی های مختلف، خروجی های مناسبی تولیدکند. پس از استخراج پارامترهای هندسی بهینه، ساختار بهینه با استفاده از چاپگر سه بعدی ساخته شده و مورد آزمایش فشار شبه استاتیک قرار گرفته است.کلید واژگان: سازه آگزتیک، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک، جذب انرژی، هوش مصنوعیToday, with the advancement of technology, improvement and quality of life, artificial intelligence has found a special place in the world. In this research, the optimization of the curved mesh structure made of polylactic acid has been discussed. Mesh structures are widely used in various industries due to their advantages such as high energy absorption. The geometric parameters of this structure can have a noticeable effect on the amount of energy absorption of these structures. In this regard, optimization of geometrical parameters has been done using genetic algorithm. In this research, the parameters of radius of curvature R1, angle of curvature Ɵ1, radius of curvature R2, angle of curvature Ɵ2, length L relative to the energy absorbed by the structure, maximum force and modulus of elasticity have been optimized. A large number of optimization parameters confirm the use of genetic algorithm for the optimization process of this structure. Optimization using genetic algorithm requires the existence of an objective function to which the geometric parameters are optimized. This objective function should be a continuous function that can produce the necessary outputs for each geometric parameter. In this research, artificial neural network has been used to construct the objective function. The artificial neural network makes it possible to create a continuous function with a limited number of inputs and outputs that can produce suitable outputs for receiving different inputs. After extracting the optimal geometric parameters, the optimal structure was made using a 3D printer and subjected to quasi-static pressure testing.Keywords: Auxetic Structure, Artificial Neural Network, Genetic Algorithm, Energy Absorption, Artificial Intelligence
-
This study introduces a hybrid algorithm designed for trajectory tracking control during thetransition flight of a tailsitter Unmanned Aerial Vehicle (UAV), employing an integration ofneural networks and a genetic optimization algorithm. The tailsitter UAV ducted fan tailsitter,which has been augmented with two additional wings to enhance its flight capabilities. Thefoundation of the intelligent controller lies in the feedback linearization method, withperformance enhancements achieved through online neural network training coupled with agenetic optimization algorithm. To validate the effectiveness of the proposed algorithm incontrolling the UAV during transition flight, simulations were conducted within the Matlab-Simulink software environment.Keywords: UAV, Feedback Linearization, Transition Flight, Neural Network, Genetic Algorithm
-
بیشینه سازی راندمان آیرودینامیکی نسبت به دامنه امواج دریا با استفاده از تلفیق نتایج عددی و شبکه عصبیهدف از این مقاله با توجه به گسترش روز افزون استفاده از هواپیماهای اثرسطحی و پرواز این نوع وسیله بر روی آب های آزاد به واسطه استفاده از پدیده اثر سطح، بررسی تاثیر امواج دریا بر روی ضرایب آیرودینامیک هواپیما به منظور بیشینه سازی راندمان آیرودینامیکی می باشد. جهت انجام این کار، شبیه سازی سه بعدی هواپیمای کامل در شرایط پروازی عبور از امواج دریا توسط دینامیک سیالات محاسباتی انجام گرفت و بر اساس نتایج حاصل از آن مدلسازی شبکه عصبی برای ماکزیمم راندمان آیرودینامیکی نسبت به دامنه امواج دریا صورت پذیرفته است. تلفیق دینامیک سیالات محاسباتی و شبکه عصبی نشان می دهد که هواپیما جهت پرواز در مجاورت سطح دریا با دامنه امواج مختلف بایستی در سرعت خاصی پرواز کرده تا به ماکزیمم راندمان آیرودینامیکی برسد. این نتایج می تواند به عنوان یکی از ورودی های سیستم کنترلی جهت استفاده در خلبان خودکار هواپیما مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: امواج دریا، اثر زمین، دینامیک سیالات محاسباتی، هواپیمای اثرسطحی، ضرایب آیرودینامیکی، شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیک، سیستم کنترل پروازThe purpose of this article is to maximize the aerodynamic efficiency of an airplane during flight in the vicinity of the sea waves. A whole 3D aircraft flight at the closed proximity to the wavy sea water has been numerically simulated by the Fluent commercial software and the results were used to train a neural network. This network was then employed to determine the maximum aerodynamic efficiency in the vicinity of sea waves. The combination of the computational fluid dynamics and the neural network has approved that the flight must be performed at a certain speed to attain the maximum aerodynamic efficiency with a respect to a varied range of sea waves amplitude. The results can be considered as the inputs for autopilot system to provide the most efficient flight over the sea waves.Keywords: Sea Waves, Ground Effect, Computational Fluid Dynamic, WIG, Aerodynamic Coefficients, Neural Network, Genetic Algorithm, FLIGHT CONTROL SYSTEM
-
در این مقاله به فرم یابی هوشمند و ارزیابی توابع چند موضوعی با هدف ایجاد تعادل و بهینه سازی سازه تنسگریتی [i] منشوری با مقطع مثلثی بر پایه الگوریتم ژنتیک و تحلیل رفتار ارتعاشات آزاد و اجباری سازه پرداخته شده است. معادلات دینامیک غیرخطی سیستم با استفاده از روش لاگرانژ و اجزا محدود استخراج شده است. فرایند فرم یابی پیشنهادی قابلیت تعیین اشکال پیچیده بدون محدودیت های ابعادی را دارا می باشد. سازه های تنسگریتی پایدار از میان پیکربندی های تصادفی و بر اساس محدودیت های تعریف شده (گره های محاط بر سطح خارجی کره، توازی و مساحت سطوح بالایی و پایینی) تولید و با استفاده از تابع تناسب فرم یابی می شوند. فرم یابی، در دو حالت مختلف با ماتریس اتصال مشخص و موقعیت مشخص و تصادفی عضوها (میله ها و ریسمان ها) بررسی شده است. عملکرد الگوریتم ژنتیک پیشنهادی و فرم های استخراج شده با روش چگالی نیرو صحه گذاری و رفتار ارتعاشی آنها در قالب بررسی فرکانس های طبیعی و شکل مودهای مربوطه همچنین بارگذاری خارجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل ها در قالب یک مطالعه مقایسه ای، قابلیت روش فرم یابی پیشنهادی و استخراج پیکربندی های سازه های تنسگریتی از منظر مشخصه های ارتعاشی را نمایش می دهد.
کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، تحلیل ارتعاشات، سازه تنسگریتی، فرکانس طبیعی، فرم یابی هوشمندThis study focuses on the investigation of intelligent form-finding and vibration analysis of a triangular polyhedral tensegrity that is enclosed within a sphere and subjected to external loads. The nonlinear dynamic equations of the system are derived using the Lagrangian approach and the finite element method. The proposed form-finding approach, which is based on a basic genetic algorithm, can determine regular or irregular tensegrity shapes without dimensional constraints. Stable tensegrity structures are generated from random configurations and based on defined constraints (nodes located on the sphere, parallelism, and area of upper and lower surfaces), and shape finding is performed using the fitness function of the genetic algorithm and multi-objective optimization goals. The genetic algorithm's efficacy in determining the shape of structures with unpredictable configurations is evaluated in two distinct scenarios: one involving a known connection matrix and the other involving fixed or random member positions (struts and cables). The shapes obtained from the algorithm suggested in this study are validated using the force density approach, and their vibration characteristics are examined. The findings of the comparative study demonstrate the efficacy of the proposed methodology in determining the vibrational behavior of tensegrity structures through the utilization of intelligent shape seeking techniques.
Keywords: Genetic Algorithm, Vibration Analysis, Tensegrity Structure, Natural Frequency, Intelligent Form-Finding -
کمانش غیرخطی ناشی از مرزدانه ها در ساختارهای دو بعدی و عیوب هندسی به عنوان عوامل اثرگذار بر رفتار شکست این ساختارها معرفی می شوند. از آنجایی که رفتار مکانیکی نانوساختارهای پلی کریستال به خوبی شناخته نشده است، در این مقاله، بررسی رفتار مکانیکی نانوصفحات نیترید کربن به عنوان تابعی از دما و مرزدانه مورد مطالعه قرار گرفت. عملکرد مکانیکی پلی کریستال نیترید کربن در حضور و عدم حضور ترک لبه ای و در دماهای 100 تا 900 کلوین مورد آزمایش قرار گرفت. از شبیه سازی دینامیک مولکولی به عنوان یک روش مقرون به صرفه برای مدلسازی صفحات دو بعدی با انتخاب تابع پتانسیل مناسب و شرایط مرزی استفاده شد. نتایج نشان داد که خواص مکانیکی مونوکریستال نیتزید کربن با افزایش دما کاهش یافت و نتایج در راستای زیگزاگ بالاتر از آرمچیر گزارش شد. همین روند برای ساختار پلی کریستال نیز مشاهده شد که با افزایش دما، مدول یانگ، تنش و کرنش شکست کاهش یافت. همچنین، افزایش طول ترک از 5 به 25 آنگستروم نیز سبب کاهش خواص مکانیکی شد. از سویی دیگر، افزایش تعداد ناحیه برای پلی کریستال نیترید کربن موجب کاهش تنش شکست گردید. علاوه بر این، بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفت و نتایج نشان داد که مقدار بهینه ی مدول یانگ برای پلی کریستال نیترید کربن با 53 ناحیه در دمای 95/586 کلوین و طول ترک 52/6 آنگستروم، معادل 18/338 گیگاپاسکال است. نتایج بدست آمده از این مطالعه را می توان به موارد پیچیده تر تعمیم داد تا درک عمیق تری از نسل های بعدی ساختارهای دو بعدی را پیش بینی نماید.کلید واژگان: نیترید کربن، خواص مکانیکی، شبیه سازی، پلی کریستال، الگوریتم ژنتیک، دینامیک مولکولیNonlinear buckling caused by grain boundaries in two-dimensional structures and geometric defects are introduced as factors affecting the fracture behavior of these structures. Since the mechanical behavior of polycrystalline nanostructures is not well known, in this article, the mechanical behavior of carbon nitride nanosheets was studied as a function of temperature and grain boundaries. The mechanical performance of polycrystalline carbon nitride was tested in the presence and absence of edge cracks and at temperatures from 100 to 900 K. Molecular dynamics simulation was used as a cost-effective method for modeling two-dimensional nanosheets by choosing the appropriate potential function and boundary conditions. The results showed that the mechanical properties of carbon nitride monocrystalline decrease with increasing temperature and the results were reported in zigzag direction higher than armchair. The same trend was observed for the polycrystalline structures. The increase in temperature caused the mechanical features to decrease. Also, increasing the crack length from 5 to 25 angstroms caused a decrease in mechanical properties. On the other hand, increasing the number of regions for carbon nitride polycrystalline decreased the failure stress. In addition, the optimization was carried out by genetic algorithm and the results showed that the optimal value of Young's modulus for carbon nitride polycrystalline with 53 regions at a temperature of 586.95 K and a crack length of 6.52 angstroms is equivalent to 338.18 GPa. The results obtained from this study can be generalized to more complex cases to predict a deeper understanding of the next generations of two-dimensional structures.Keywords: Carbon Nitride, Mechanical Properties, Simulation, Polycrystalline, Genetic Algorithm, Molecular Dynamics
-
از آنجائی که روش معینی برای طراحی میکروپرنده ها (برخلاف هواپیماهای با مقیاس بزرگ) وجود ندارد، لذا طراحی این وسایل بسیار پیچیده و مبهم است. به همین دلیل، طراحی میکروپرنده ها بسیار پرهزینه (زمان بر) است و نهایتا طرح به دست آمده نمی تواند بهینه باشد. برای حل این چالش ها، این تحقیق یک چارچوب برای بهینه سازی طراحی چندموضوعی میکروپرنده های بال ثابت را توسعه داده است. هدف این چارچوب استفاده از مزایای روش بهینه سازی طراحی چندموضوعی (کاهش زمان و دستیابی به طرح بهینه) در فرآیند طراحی میکروپرنده ها است. لذا سعی شده است تا مهم ترین ماژول ها برای آنالیز در نظر گرفته و چارچوب بتواند همه فازهای پروازی در فرآیند بهینه سازی طراحی را لحاظ کند. هندسه، وزن، تخمین مرکز جرم، آیرودینامیک و تخمین توان ماژول های در نظر گرفته شده در این چارچوب می باشند. برای نشان دادن عملکرد این چارچوب، بهینه سازی طراحی یک میکروپرنده بال ثابت با در نظر گرفتن کاهش وزن برخاست و نیروی پسآ به عنوان توابع هدف، انجام شده است. قیود در نظر گرفته شده نیز از ماژول های پایداری و هندسه می باشند. شایان ذکر است که با توجه به فضای طراحی پیچیده میکروپرنده ها و قابلیت الگوریتم ژنتیک، این الگوریتم به عنوان الگوریتم بهینه سازی در نظر گرفته شده است.
کلید واژگان: بهینه سازی طراحی چندموضوعی، آنالیز چندموضوعی، میکروپرنده ها، طرح بهینه، الگوریتم ژنتیکThere is no determined method for Micro Air Vehicles (MAVs) design (unlike full-scale aircraft), so MAVs design is very complex and vague. For this reason, the design of MAVs is very expensive (time-consuming), and finally, the obtained design could not be more optimal. To solve these challenges, this study developed a framework for Multidisciplinary Design Optimization (MDO) of fixed-wing MAVs. This framework aims to use the benefits of MDO (time reduction and achieving optimal design) in the design process of MAVs. So, it is tried to consider the most important modules for analysis, and the framework can consider all flight phases in the design optimization process. Geometry, weight, the center of gravity, aerodynamics, and power are the considered modules in this framework. The analysis of all modules is performed for the entire flight phase. To show the performance of this framework, the design optimization of a fixed-wing MAV has been done by considering take-off weight and drag as objective functions. The considered constraints for this research are from stability and geometry modules. It is worth noting that with attention to the complex design space of MAVs and the capability of the Genetic Algorithm (GA), this algorithm has been considered as an optimization algorithm in this study.
Keywords: Multidisciplinary Design Optimization, Multidisciplinary Analysis, Micro Air Vehicle, Optimal Design, Genetic Algorithm -
ربات های اجتماعی که برای تعامل با انسان ساخته شده اند، نیازمند این هستند که رفتار تعاملی)نظیر جهت نگاه اجتماعی(مشابه انسان داشته باشند. هدف از این پژوهش، ارائه ی یک الگوی تجربی حرکت زمان از جهت نگاه انسان در تعدادی موقعیت اجتماعی مختلف است؛ این موقعیت ها شامل صحنه هایی با حضور 2 تا 4 نفر در یک فیلم است که افراد حاضر در صحنه، رفتارهای اجتماعی «صحبت کردن»، «دست تکان دادن»، «اشاره کردن»، «ورود به صحنه» و «خروج از صحنه» را به نحوی سازماندهی شده انجام می دهند. 15 فرد بزرگسال به مشاهده این فیلم پرداخته و موقعیت نگاه آن ها توسط ردیاب چشم ثبت گشته است. در ادامه، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، ضریب اهمیت هرکدام از رفتارهای اجتماعی ذکر شده استخراج گردید. نتایج بازسازی نگاه شرکت کنندگان برروی داده های تست، به عملکرد واقعی افراد بسیار شبیه بود. در انتها قابلیت پیاده سازی این الگو، با اجرای آن بر روی ربات نائو با موفقیت مورد آزمایش قرار گرفت و عملکرد مثبت آن با استفاده از تحلیل داده های پرسش نامه ارائه شده به 10 شرکت کننده تایید گردید. در سه مورد از سوالات مطرح شده، تفاوت معنادار آماری الگوها در دو وضعیت مطالعه شده، مشاهده گردید.کلید واژگان: ربات اجتماعی، جهت نگاه اجتماعی، ردیابی چشم، الگوی تجربی حرکت زمان، الگوریتم ژنتیکSocial robots that are fabricated to interact with humans and to help them in education, healthcare, etc., are required to have an interactive behavior similar to humans. One of the important interactive behaviors of humans is social eye gaze. Eye gaze is significantly more important than other nonverbal signals; it is shown that eyes are special cognitive stimuli with unique hardwired pathways in the brain dedicated to their interpretation. Studying the literature, we found out that in previous research conducted to control the social robots’ gaze behavior, human gaze behavior was investigated in some limited situations, such as two- or three-way conversation, in order to extract the pattern of this behavior. Therefore, increasing the variety of studied social situations is a way to fill this gap. In order to design a gaze control system for a social robot, details about human gaze behavior must be found. The purpose of this research is to propose an empirical motion-time pattern for human gaze behavior in a number of different social situations; these situations include scenes with 2 to 4 people in a prepared video where the people in the scene show the social behaviors of "talking", "waving", "pointing", "entering the scene" and "exiting the scene" in a structured way. Fifteen normal adults (mean age: 24 and std: 3.3 years) watched this movie, and their gaze positions were recorded using an eye tracker system (SR-Research EyeLink 1000 plus). Next, by using the genetic algorithm (which is an optimization process), we were able to extract the relative coefficient of each of the mentioned social behaviors in our proposed model. The results of reconstructing the participants' gaze on the test data are very similar to the real performance of the subjects. Finally, the ability to implement this model was successfully tested by implementing it on a Nao robot, and its positive performance was confirmed using a survey. The model showed significant differences between the two studied situations in 3 questions out of the whole survey’s 10 questions.Keywords: Social Robot, Social Eye Gaze, Eye Tracking, Motion-Time Pattern, Genetic Algorithm
-
بهینه سازی شافت کامپوزیتی تحت گشتاور پیچشی در پژوهش های پیشین، با فرض ثابت بودن گشتاور و با هدف کمینه کردن جرم انجام شده است. در پژوهش حاضر، علاوه بر لحاظ کردن جرم، اجازه تغییر میزان گشتاور اعمالی تا پیش از خرابی در اولین لایه نیز داده شده تا بتوان در عین وزن پایین، از ظرفیت باربری کامپوزیت بهره بیشتری برد. از همین رو، تابع هدف به صورت بیشینه کردن نسبت "گشتاور به جرم T/m" در نظر گرفته شد. برای انجام بهینه سازی از دو الگوریتم ژنتیک و ازدحام ذرات استفاده شد. پارامترهای ورودی مسئله شامل تعداد لایه، ضخامت و زاویه هر لایه و گشتاور اعمالی بوده و قید تعریف شده، عدم وقوع خرابی در لایه های کامپوزیتی (با احتساب معیار خرابی سای - وو در نرم افزار اجزای محدود آباکوس) بود. همچنین مسئله فوق برای مقایسه اثر نوع تابع هدف، با در نظر گرفتن جرم کمینه بعنوان تابع هدف با دو الگوریتم فوق بررسی شد. نتایج نشان از آن دارد که الگوریتم ژنتیک، برخلاف الگوریتم ازدحام ذرات، همگرایی مناسبی را داشته است. همچنین استفاده از شافت کامپوزیتی (فارغ از نوع تابع هدف) تا بیش از 80% باعث کاهش جرم در مقایسه با شافت فولادی شده است. ضمنا گرچه شافت کامپوزیتی پیشنهادی توسط تابع هدف T/m بیشینه، جرم بیشتری نسبت به شافت پیشنهادی با تابع هدف جرم کمینه دارد، ولی توانسته گشتاوری 8.5 برابری را تحمل کند؛ بدین معنی که با افزایش وزن نسبی در حد منطقی، ظرفیت بارپذیری شافت تا 8.5 برابر افزایش یافته است.کلید واژگان: بهینه سازی، شافت کامپوزیتی، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم ازدحام ذراتOptimization of composite shafts subjected to torsional loading has been investigated in the previous studies by considering the constant value of load and so, minimization of shaft mass was defined as the objective function (OF). In the current study, maximization of the torque to mass (T/m) ratio was considered as OF. To do so, the Genetic Algorithm (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO) methods were utilized. The number of layers, thickness and angle of each ply as well as the applied torque were considered as the input variables. Moreover, preventing of failure in composite shaft, based on Tsai-Wu failure theory developed in Abaqus finite element software, was defined as the constraint of optimization problem. Also, in order to investigate the effect of OF type, in addition to the T/m, the mass was also defined as OF in a separate optimization problem. The results revealed that despite PSO, GA had suitable convergence in the optimization. Moreover, in spite of the type of OF, using a composite shaft compared to the steel one, had at least 80% mass reduction. Furthermore, although the predicted composite shaft via T/m OF has more mass compared to that predicted via m OF, it can tolerate torsional loading up to 8.5 times more. This point can increase the load carrying capacity of composite shaft.Keywords: Optimization, Composite Shaft, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization
-
این مقاله به دو بخش اصلی تقسیم می شود: بخش اول فرآیند طراحی، ساخت و انتخاب المان های چهارپره و در بخش دوم مدل سازی و تخمین پارامترهای مدل مبتنی بر روش الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی انجام شده است. چهارپره ساخته شده در اینجا با دو رویکرد اصلی قابل حمل و ارزان قیمت بودن طراحی ساخته شده است. بنابراین، سعی شده است که چهارپره با المان های تجاری ساخته شود. ازطرفی در ادامه برای طراحی کنترل کننده مناسب و استخراج ضرایب کنترلی، نیاز به در اختیار داشتن مدلی مناسب و دقیق از دینامیک پرنده است. هدف دومی که در این مقاله دنبال می شود شناسایی مدل و استخراج مدل مناسب توابع تبدیل وضعیت چهارپره براساس نتایج تست پروازی است. در این پرنده اتوپایلوت دارای دو حلقه کنترلی از نوع PD است که با استفاده از پسخورد داده های ناوبری و مقایسه آن با مقادیر وضعیت مطلوب در هر لحظه چهارپره را کنترل می نماید. سپس با استفاده از داده های تست پروازی شامل زوایا و نرخ تغییرات آن ها و با در نظر گرفتن یک تابع تبدیل گسسته مرتبه دوم دکوپله برای هر کانال وضعیت، شناسایی سیستم مبتنی بر دو روش الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی انجام گردیده است. نتایج حاصله بیانگر این است که به صورت کلی میزان تطبیق در هر سه کانال به روش الگوریتم ژنتیک 48/81 درصد و برای روش الگوریتم شبکه عصبی 62/82 درصد است.
کلید واژگان: طراحی و ساخت چهارپره، اتوپایلوت، شناسایی سیستم، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبیThe current research has two main parts, the first part is the process of design, manufacture and selection of quadrotor's elements and the second part is modeling and estimation of model parameters based on flight test data. The main approach of making this drone is to be light and cheap. Also, it is very useful to develop a precise mathematical model for the quadrotor to control the system. Therefore, a system identification method for the quadrotor model based on genetic algorithm and neural network is investigated in the second part. The advantage of system identification based on experimental data is designing a better controller. Using flight test data including angles and rate of them, the identification of the system based on the two methods of genetic algorithm and neural network has been done. For genetic algorithm modeling, a linear second order function is considered for each channel. Meanwhile, it is assumed that the channels are decoupled from each other. The results show that in the roll axis, the results of the identification are the same, in the pitch axis, the accuracy of identification with the second order function and the genetic algorithm method has better results, but in the yaw axis, the accuracy of identification with the neural network is significantly better. In general, the adaptability in all three axes is 81.48% for the genetic algorithm method and 82.62% for the neural network algorithm method.
Keywords: Design, Construction Of The Quadrotor, Autopilot, System Identification, Genetic Algorithm, Neural Network -
موضوع فنرهای مارپیچ، که قطعاتی حیاتی و پرکاربرد در صنایع مختلف هستند، به خصوص در صنایع فضایی به مراتب اهمیت بیشتری پیدا می کند. از فنرهای مارپیچ به منظور ذخیره سازی انرژی در کاربردهای گوناگون، به ویژه در مکانیزم های جداکننده ی فضاپیما، استفاده می شود. اما یکی از چالش های مهم در طراحی این قطعات، کاهش جرم آن هاست، به ویژه در کاربردهای فضایی که هر گرم بار زیادی دارد. در این مقاله، به بررسی بهینه سازی جرم فنرهای مارپیچ مورد استفاده در مکانیزم های جداکننده ی فضاپیما پرداخته می شود. ابتدا، مسئله بهینه سازی جرم فنرهای مارپیچ با استفاده از روابط ریاضی معمول و الگوریتم ژنتیک حل می شوند. سپس، با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی، یک مدل جدید برای فنرها طراحی شده و بهینه سازی با این مدل جدید انجام خواهد شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از مدل پیشنهادی شبکه های عصبی مصنوعی، مزایای قابل توجهی نسبت به روش ابتدایی دارد. این بهینه سازی با استفاده از مدل پیشنهادی، باعث افزایش دقت طراحی فنرهای مارپیچ می شود و نتایج به صورت عددی و رقمی نشان می دهد خروجی در شبکه ی عصبی مربوط به تنش برشی 88/545 است که 83/0% با روش المان محدود اختلاف دارد و همچنین خروجی در شبکه ی عصبی مربوط به تغییر شکل 41/76 است که 58/0% با روش المان محدود اختلاف دارد که نشان می دهد مدل پیشنهادی به صورت قابل ملاحظه ای عملکرد بهتری نسبت به روش های قبلی دارد.
کلید واژگان: فنر مارپیچ، انرژی پتانسیل فنرها، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، شبکه های عصبی مصنوعی، پرسپترونThe subject of helical springs, which are vital and widely used components in various industries, particularly gains significantly more importance in the aerospace industry. Helical springs are utilized for energy storage purposes in various applications, notably in spacecraft separator mechanisms. However, one of the major challenges in designing these components is reducing their mass, especially in space applications where every gram carries substantial significance. This paper delves into optimizing the mass of helical springs used in spacecraft separator mechanisms. Initially, we solve the mass optimization problem of helical springs using conventional mathematical equations and the genetic algorithm. Subsequently, we design a new model for the springs using artificial neural networks and conduct optimization using this new model. The obtained results demonstrate that using the proposed artificial neural network model offers considerable advantages over the initial method. This optimization using the proposed model enhances the accuracy of helical spring designs. Numerical results indicate that the output in the neural network related to shear stress is 88.545, differing by 0.83% from the finite element method, and the output related to deformation in the neural network is 41.76, differing by 0.58% from the finite element method. These findings underscore the significantly improved performance of the proposed model compared to previous methods.
Keywords: Helical Spring, Potential Energy Of Springs, Optimization, Genetic Algorithm, Artificial Neural Networks, Perceptron -
از مهمترین مسایل مربوط به تامین توان لامپ های TWTA در ماهواره ها داشتن ریپل پایین ، بازده بالا، قابلیت اطمینان بالا ، حجم و وزن بهینه می باشد. در این مقاله راندمان و قابلیت اطمینان مبدل الکترونیک-قدرت DC/DC ولتاژ بالا برای کاربرد در سامانه های ماهواره و فرستنده آن بهینه می شود. هدف بهینه سازی، حداقل سازی تابع هدف که شامل راندمان و قابلیت اطمینان است به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه (NSGA-II) می باشد. بمنظور ارزیابی قابلیت اطمینان از مدل مارکوف استفاده می شود که در آن خطاهای اتصال کوتاه و مدار باز برای کلیدها و دیودهای مدار و خطای اتصال کوتاه برای المان های پسیو مدار در نظر گرفته شده است. برای بهینه سازی ابتدا متغیرهای ورودی الگوریتم به عنوان ورودی تابع هدف تعیین می شوند تا به کمک آنالیز حساسیت پارامترهایی که دارای حساسیت پایینی هستند و تغییراتشان بر تابع هدف تاثیر عمده ندارد، حذف شوند. همچنین پارامترهای الگوریتم NSGA-II شامل تعداد تکرار، تعداد جمعیت و احتمال تقاطع و جهش برای محاسبه دقیق متغیرهای مدار، تعیین شده اند. همانگونه که در بخش نتایج آورده شده است در این روش علاوه بر حفظ راندمان بالا با انتخاب بهینه المان ها می توان به قابلیت اطمینان بالا برای این مبدل دست یافت.کلید واژگان: مبدل ولتاژ بالای DC، قابلیت اطمینان، بازده، الگوریتم ژنتیک، مدل مارکوف، لامپ توان بالا در ماهوارهOne of the most important issues related to the power supply of TWTA lamps in satellites is to have low ripple, high efficiency, high reliability and optimal volume and weight,. In this article, the efficiency and reliability of high voltage DC/DC electronic-power converter is optimized for use in satellite and TWTA lamps. The goal of optimization using multi-objective genetic algorithm (NSGA-II) in this article is to minimize the objective function, which includes efficiency and reliability. Markov model is used to evaluate reliability, in which short-circuit and open-circuit errors are considered for circuit switches and diodes, and short-circuit errors are considered for passive circuit elements. for optimization, first, the input variables of the algorithm are determined as the input of the objective function, so that with the help of sensitivity analysis, the parameters that have low sensitivity and their changes do not have a major impact on the objective function are eliminated. parameters of NSGA-II algorithm, including the number of iterations, the number of populations, and the probability have been determined for the accurate calculation of circuit variables. the results section this method, in addition to maintaining high efficiency, with the optimal selection of elements, high reliability can be achieved .Keywords: High voltage DC converter, Reliability, Efficiency, Genetic Algorithm, Markov model, klystron lamps
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.